陶瓷的分類及特點70081課件

第八章

Ceramics陶瓷材料指所有無機非金屬材料。是用天然或人工合成的粉狀化合物，經成型和高溫燒結而制成的多晶固體材料。第一節(jié)概述按原料來源分：普通陶瓷、特種陶瓷普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷。以天然硅酸鹽礦物為主要原料，如粘土、石英、長石等。主要制品有：日用陶瓷、建筑陶瓷、電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷。一、陶瓷材料的分類與生產（一）分類高強度陶瓷高溫陶瓷壓電陶瓷磁性陶瓷半導體陶瓷生物陶瓷按性能可將陶瓷分特種陶瓷可按化學組成分為氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷金屬陶瓷（硬質合金）坯料制備通過機械或物理或化學方法制備粉料，在制備坯料時，要控制坯料粉的粒度、形狀、純度及脫水脫氣，以及配料比例和混料均勻等質量要求。按不同的成型工藝要求，坯料可以是粉料、漿料或可塑泥團。（二）陶瓷制品的生產陶瓷制品的生產都要經過三個階段：坯料制備、成型、燒結8.2工程結構陶瓷材料又稱傳統(tǒng)陶瓷、粘土陶瓷。這種陶瓷以天然硅酸鹽礦物，如粘土、長石、石英等為主要原料配制、燒結而成的。主晶相為莫來石晶體（3Al2O3﹒2SiO2），占25～30％，次晶相為SiO2；玻璃相約為35～60％；氣相為1～3％。一、普通陶瓷硬度高，不會氧化生銹，不導電，耐1200℃高溫，加工成型性好，成本低廉。玻璃相較多，強度較低，在較高溫度下易軟化，故耐高溫及絕緣性不及其它陶瓷。性能特點日用陶瓷工業(yè)上主要用作絕緣的電瓷絕緣子和耐酸、堿的容器、反應塔管道等，還可用于受力不大，工作溫度在200℃以下的結構零件。應用氧化鋁陶瓷的強度高，是普通陶瓷的2～6倍，抗拉強度可達250MPa；耐磨性好，硬度次于金剛石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅，居第5；耐高溫性能好，剛玉陶瓷可在1600℃下長期工作，在空氣中的最高使用溫度達1980℃；耐蝕性和絕緣性好；脆性大，抗熱振性差，不能承受環(huán)境溫度的突然變化。主要用于制作內燃機火花塞，火箭、導彈的導流罩，石油化工泵的密封環(huán)，耐磨零件，如軸承、紡織機上的導紗器，合成纖維用的噴嘴等，作冶煉金屬用的坩堝等。以Si3N4為主要成分；按生產工藝不同，分為熱壓燒結氮化硅陶瓷和反應燒結氮化硅陶瓷；熱壓燒結氮化硅陶瓷以Si3N4粉為原料，加入少量添加劑，裝入石墨模具中，在1600～1700℃高溫和20～30MPa的高壓下燒結成型，得到組織致密，氣孔率接近0的氮化硅陶瓷。因受石墨模具所限制，只能加工形狀簡單的制品。（二）氮化硅陶瓷硬度高，摩擦系數(shù)?。?.1～0.2），有自潤滑性，是極優(yōu)的耐磨材料；蠕變抗力高，熱脹系數(shù)小，抗熱振性能在陶瓷中是最好的；化學穩(wěn)定性好，除氫氟酸外，能耐各種酸、王水和堿液的腐蝕，也能抗熔融金屬的侵蝕；因氮化硅是共價鍵晶體，既無自由電子也無離子，具有優(yōu)異的電絕緣性能。性能特點反應燒結氮化硅陶瓷主要用于耐磨、耐高溫，耐腐蝕，形狀復雜且尺寸精度高的制品。如石油化工泵的密封環(huán)、高溫軸承、熱電偶套管、燃氣輪機轉子葉片等；熱壓燒結氮化硅陶瓷用于制造形狀簡單的耐磨、耐高溫零件和工具。如切削刀具、轉子發(fā)動機刮片、高溫軸承等。應用主晶相SiC，有反應燒結和熱壓燒結兩種碳化硅陶瓷；高溫強度高，工作溫度可達1600～1700℃1400℃時，抗彎強度為500～600MPa；有很好的導熱性、熱穩(wěn)定性、抗蠕變能力、耐磨性、耐蝕性，且耐輻射；是良好的高溫結構材料，主要用于制作火箭噴管的噴嘴，澆注金屬的澆道口、熱電偶套管、爐管，燃氣輪葉片，高溫軸承，熱交換器及核燃料包封材料等。（三）碳化硅陶瓷氮化硼陶瓷常用于制作熱電偶套管，熔煉半導體、金屬的坩堝和冶金用高溫容器和管道，高溫軸承，下班制品成型模，高溫絕緣材料；因BN中含wB=43%，有很大的吸收中子的截面，可作核反應堆中吸收熱中子的控制棒。不同種類的特種陶瓷，各具不同的優(yōu)異性能，但作為主體結構材料，其共同的弱點是：塑性、韌性差，強度低氧化鎂陶瓷氧化鋯陶瓷氧化鈹陶瓷8.3金屬陶瓷以金屬氧化物或碳化物為主要成分，加入適量的金屬粉末，通過粉末冶金的方法制成的，具有某些金屬性質的陶瓷。金屬陶瓷是金屬切削刀具、模具和耐磨零件的重要材料。（一）粉末冶金法的基本工藝過程包括粉末制取、配料、粉料混合等步驟。粉末的純度、粒度、混合的均勻程度等對粉末冶金制品的質量有重要影響。粉末愈細、愈均勻、純度愈高，陶瓷的性能愈好。１.粉末制備多采用冷壓法，即將粉料裝入模具型腔內，在壓力機下壓制成致密的具有一定強度的坯體。為了改善粉末的可塑性和成型性，通常在粉料中會加入一定比例的增塑劑，如汽油橡膠溶液、石蠟等。2.壓制成型將壓制成型的坯體放入通過保護氣氛的高溫爐或真空爐中進行燒結，在保持至少一種組元仍處于固態(tài)的燒結溫度下，長時間保溫，通過擴散、再結晶、化學反應等過程，獲得與一般合金相似的組織，并存在一些微小的孔隙的粉末冶金制品。3.燒結為改善或得到某些性能，有些粉末冶金制品在燒結后還要進行后處理加工。如齒輪、球面軸承等在燒結后再進行冷擠壓，以提高其密度、尺寸精度等；鐵基粉末冶金零件進行淬火處理，以提高硬度等等。4.后處理加工（二）粉末冶金的應用減摩材料含油軸承利用粉末冶金材料的多孔性，將材料浸在潤滑油中，在毛細力作用下，可吸附大量潤滑油（一般含油率達12～30％），從而減摩。常用含油軸承材料有鐵基（Fe+石墨、Fe+S+石墨）和銅基（Cu+Sb+Pb+Zn+石墨）結構材料用碳鋼或合金鋼的粉末為原料，采用粉末冶金方法制造結構零件。這種零件的精度較高、表面光潔，不須或少須切削加工即為成品零件。高熔點金屬材料

W、Mo、WC、TiC等金屬及金屬化合物熔點高（＞2000℃），用熔煉和鑄造方法生產較難，且不易保證其純度和冶金質量。這些材料可以通過粉末冶金生產，如各種金屬陶瓷、鎢絲及Mo、Ta、Nb等難熔金屬和高溫合金。特殊電磁性能材料如硬磁材料、軟磁材料，多孔過濾材料，假合金材料二、金屬陶瓷硬質合金硬質合金是金屬陶瓷的一種，它是以金屬碳化物（WC、TiC、TaC等）為基體，再加入適量的金屬粉末（如Co、Ni、Mo等）作為粘結劑制成的，具有金屬性質的粉末冶金材料。Co基體WC（一）硬質合金的性能特點高硬度、高熱硬性、耐磨性好（主要特點）因以碳化物為骨架，常溫下硬度69～81

HRC，熱硬性達900～1000℃，作為切削刀具，其耐磨性、壽命和切削速度比高速鋼顯著提高。力學性能抗壓強度高（6000MPa），抗彎強度低（只有鋼的1/3～1/2），彈性模量高（是高速鋼的2～3倍），韌性差（約為淬火鋼的30～50％）耐蝕性、抗氧化性好，熱脹系數(shù)比鋼低因抗彎強度低、脆性大、導熱性差，故在加工、作用過程中要避免沖擊和溫度急劇變化；硬度高，無法進行切削加工，可采用電加工（電火花、線切割）和專門砂輪磨削加工。（二）硬質合金的分類、編號和應用常用硬質合金按成分和性能特點分為三類鎢鈷類硬質合金鎢鈷鈦類硬質合金通用硬質合金1.分類與編號鎢鈷類硬質合金由WC和Co組成代號：YG×

YG－“硬”、“鈷”，×－鈷的含量。如：YG6表示wCo=6%，余量為WC的鎢鈷類硬質合金鎢鈷鈦類硬質合金由WC、TiC和Co組成代號：YT×

YT－“硬”、“鈦”，×－TiC含量如：YT15表示wTiC=15%，余量為WC和Co的鎢鈷鈦類硬質合金在硬質合金中，WC越多，Co越少，則硬度、熱硬性及耐磨性越高，但強度及韌性越低。當Co含量相同時，含TiC的硬質合金硬度、耐磨性高，且因合金表面有一層TiO薄膜，切削時不易粘刀，熱硬性高；但強度和韌性比鎢鈷類硬質合金低。通用硬質合金添加TaC或NbC取代部分TiC代號：YW×

YW－“硬”、“萬”；×－順號熱硬性高（>1000℃），其它性能介于上兩類之間。既可加工鋼材，又能加工鑄鐵和有色金屬，故稱通用或萬能硬質合金。主要用于制造切削刀具、冷作模具、量具和耐磨零件。鎢鈷類硬質合金刀具主要用來切削加工脆性材料，如鑄鐵、有色金屬、膠木及其它非金屬材料；鎢鈷鈦類硬質合金主要用來切削加工韌性材料，如各種鋼。含Co量多的硬質合金韌性好，適宜粗加工，含Co量少的適于精加工。通用硬質合金既可切削脆性材料，亦可加工韌性材料2.應用（三）鋼結硬質合金以一種或幾種碳化物（WC、TiC）為硬化相，以合金鋼（高速